CN109023431B - 制备钛铝合金的方法 - Google Patents
制备钛铝合金的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109023431B CN109023431B CN201811157138.7A CN201811157138A CN109023431B CN 109023431 B CN109023431 B CN 109023431B CN 201811157138 A CN201811157138 A CN 201811157138A CN 109023431 B CN109023431 B CN 109023431B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- titanium
- aluminum alloy
- producing
- alkali metal
- alloy according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N alumane;titanium Chemical compound [AlH3].[Ti] UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 58
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 21
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium chloride Substances Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 17
- 229910001515 alkali metal fluoride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 229910003074 TiCl4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910001514 alkali metal chloride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910001617 alkaline earth metal chloride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 4
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims abstract description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 18
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 18
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 claims description 12
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 10
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 9
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 8
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 5
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- AIYUHDOJVYHVIT-UHFFFAOYSA-M caesium chloride Chemical compound [Cl-].[Cs+] AIYUHDOJVYHVIT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 claims description 4
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 claims description 4
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 4
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- FGDZQCVHDSGLHJ-UHFFFAOYSA-M rubidium chloride Chemical compound [Cl-].[Rb+] FGDZQCVHDSGLHJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910013617 LiCl—CaCl2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910013618 LiCl—KCl Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001626 barium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001627 beryllium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- LWBPNIJBHRISSS-UHFFFAOYSA-L beryllium dichloride Chemical group Cl[Be]Cl LWBPNIJBHRISSS-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BUKHSQBUKZIMLB-UHFFFAOYSA-L potassium;sodium;dichloride Chemical group [Na+].[Cl-].[Cl-].[K+] BUKHSQBUKZIMLB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910001631 strontium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- OQPDWFJSZHWILH-UHFFFAOYSA-N [Al].[Al].[Al].[Ti] Chemical compound [Al].[Al].[Al].[Ti] OQPDWFJSZHWILH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 229910021324 titanium aluminide Inorganic materials 0.000 claims 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000009870 titanium metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 4
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021654 trace metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 229910004349 Ti-Al Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004692 Ti—Al Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000001309 chloro group Chemical group Cl* 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- XROWMBWRMNHXMF-UHFFFAOYSA-J titanium tetrafluoride Chemical compound [F-].[F-].[F-].[F-].[Ti+4] XROWMBWRMNHXMF-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/36—Alloys obtained by cathodic reduction of all their ions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/02—Refining by liquating, filtering, centrifuging, distilling, or supersonic wave action including acoustic waves
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/04—Refining by applying a vacuum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C14/00—Alloys based on titanium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
- C25C7/005—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells of cells for the electrolysis of melts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
- C25C7/02—Electrodes; Connections thereof
- C25C7/025—Electrodes; Connections thereof used in cells for the electrolysis of melts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
- C25C7/06—Operating or servicing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/003—Alloys based on aluminium containing at least 2.6% of one or more of the elements: tin, lead, antimony, bismuth, cadmium, and titanium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
- C25C3/12—Anodes
- C25C3/125—Anodes based on carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/26—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of titanium, zirconium, hafnium, tantalum or vanadium
- C25C3/28—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of titanium, zirconium, hafnium, tantalum or vanadium of titanium
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
本发明属于钛冶金领域，具体涉及一种制备钛铝合金的方法。本发明所要解决的技术问题是提供制备钛铝合金的方法，包括以下步骤：a、将TiCl4、AlCl3加入保护气氛下的熔融电解质中；其中，熔融电解质为碱金属氯化物或碱土金属氯化物中的至少一种与碱金属氟化物的混合物；b、对步骤a所得的混合体系进行电解；c、电解结束后，对阴极产物进行真空蒸馏，得到钛铝合金。本发明方法可缩短钛铝合金的制备流程，降低钛铝合金的制造成本，对钛合金发展具有重要现实意义。
Description
技术领域
本发明属于钛冶金领域，具体涉及一种制备钛铝合金的方法。
背景技术
随着航空动力装置的更新换代，航空航天发动机内部环境温度逐渐提升，当下成熟应用的镍基合金已经不能满足高温的工作要求，由于钛铝合金具有优异的耐高温、耐腐蚀性，可以代替镍基合金作为航空航天、汽车、精密制造领域的轻质高强度结构零件。钛铝基金属间化合物具有规整的原子排列、较强的金属键、共价键结合力，并且具有质量轻、高温抗氧化性能、抗蠕变性能良好，可以作为耐高温、耐腐蚀特种涂层的原材料，应对各种严苛的使用条件。
目前生产钛铝合金的方法主要有三种：铝粉热还原法、直接合金化法和氧化物电解质脱氧法，其中直接合金化法是工业中生产钛铝合金的主要方法，其制备流程为：合金化、熔炼-凝固、热处理，但该工艺流程长，需多次熔炼以消除合金元素偏析现象，造成钛铝合金制造成本极其昂贵，而其他两种方法则存在杂质元素高技术难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种制备钛铝合金的方法。该方法包括以下步骤：
a、将TiCl4、AlCl3加入保护气氛下的熔融电解质中，反应生成碱金属氟钛酸盐和碱金属氟铝酸盐；其中，熔融电解质为碱金属氯化物或碱土金属氯化物中的至少一种与碱金属氟化物的混合物；
b、对步骤a所得的混合体系进行电解；
c、电解结束后，对阴极产物进行真空蒸馏，得到钛铝合金。
具体的，上述制备钛铝合金的方法步骤a中，所述碱金属氯化物为LiCl、NaCl、KCl、RbCl或CsCl中至少一种。
具体的，上述制备钛铝合金的方法步骤a中，所述碱土金属氯化物为BeCl2、MgCl2、CaCl2、BaCl2或SrCl2中至少一种。
优选的，上述制备钛铝合金的方法步骤a中，所述碱金属氯化物或碱土金属氯化物中的至少一种为NaCl-KCl、LiCl-KCl或CaCl2-NaCl任意一种。
具体的，上述制备钛铝合金的方法步骤a中，所述碱金属氟化物为LiF、NaF、KF、RbF或CsF中至少一种。
优选的，上述制备钛铝合金的方法步骤a中，所述碱金属氟化物为NaF或KF。
进一步的，上述制备钛铝合金的方法步骤a中，所述碱金属氟化物添加量为电解质的10～90wt％。
优选的，上述制备钛铝合金的方法步骤a中，所述碱金属氟化物的添加量为TiCl4和AlCl3中Ti和Al摩尔总和的6倍以上。
优选的，上述制备钛铝合金的方法步骤a中，所述熔融电解质高于电解质熔点。进一步的，高于电解质熔点50～200℃。
具体的，上述制备钛铝合金的方法步骤a中，所述保护气氛为氩气、氦气或氖气中的任意一种。优选保护气氛为氩气。
具体的，上述制备钛铝合金的方法步骤b中，所述电解阳极为石墨，阴极为导电金属。
优选的，上述制备钛铝合金的方法步骤b中，所述导电金属为不与钛、铝合金化，且其熔点高于电解质熔点的材料。进一步的，所述导电金属为钛铝合金或碳钢。
优选的，上述制备钛铝合金的方法步骤b中，所述电解温度高于电解质熔点。进一步的，高于电解质熔点50～200℃。
优选的，上述制备钛铝合金的方法步骤b中，所述电解电压为3.1～3.2V。
具体的，上述制备钛铝合金的方法步骤c中，所述蒸馏的温度需高于电解质中熔点最高物质熔点。
具体的，上述制备钛铝合金的方法步骤c中，所述真空蒸馏的真空度<0.1Pa。
具体的，上述制备钛铝合金的方法步骤c中，所述真空蒸馏终点为真空中持续稳定5h以上。
本发明由于采用电化学直接还原TiCl4和AlCl3制备钛铝合金，相比于传统直接合金化工艺可缩短制备流程和降低钛铝合金的制造成本，而相比于TiO2和Al2O3直接电化学方法则可避免还原不彻底和电能效率低下问题，且该工艺可实现连续稳定运行，具备较好的工业化前景。
具体实施方式
本发明提供了一种制备钛铝合金的方法，包括以下步骤：
(1)将TiCl4和AlCl3混合物直接通入保护气氛的碱金属或碱土金属氯化物和碱金属氟化物熔融电解质(熔融电解质温度高于熔点，优选高出50～200℃)体系中；TiCl4和AlCl3与熔融电解质中的碱金属氟化物发生式(1)的反应；
TiCl4/AlCl3+MF→M2TiF6/M3AlF6+MCl(1)
(2)以石墨为阳极，导电金属为阴极，实施电解；式(1)反应生成的碱金属氟钛酸盐和碱金属氟铝酸盐在电解过程将发生式(2)的反应；
M2TiF6/M3AlF6+MCl→Ti-Al+Cl2(g)+MF(2)
(3)电解结束后，将阴极产物转移至真空炉内，控制真空度<0.1Pa的高温下蒸馏除去电解质。
进一步的，TiCl4和AlCl3配比根据对钛铝合金需求按摩尔比进行配置即可。
进一步的，碱金属氟化物的添加量保证能够形成氟钛/铝酸盐即可。优选控制碱金属氟化物的添加量为TiCl4和AlCl3中Ti和Al摩尔总和的6倍以上。
进一步的，电解温度主要根据电解质熔点确定，不同电解质的熔点不同，对应的电解温度也不同，一般控制电解温度比熔盐熔点高50～200℃即可，若温度过高会使电解质挥发增加，电解质损耗增大。电解采用恒电压进行，电解电压的控制是保证钛和铝同时析出，若电压过低，则只能析出金属钛，若电压过高，则可能析出碱金属或碱土金属，所以优选控制电极电压为3.1～3.2V。
进一步的，由于电解后阴极产物钛铝合金中会夹带大量电解质，其中除了电解质组分外，还有新生成的碱金属氟钛酸盐和碱金属氟铝酸盐，其在水溶液中溶解度较低，故采用蒸馏方式来获得所需的钛铝合金，且碱金属氟钛酸盐和碱金属氟铝酸盐熔点较高，故蒸馏温度需高于其熔点。
本发明方法电解后阴极产物为钛铝合金，阳极为氯气，副产物为碱金属氟化物，故该制备方法实质为直接从TiCl4和AlCl3中制备钛铝合金。
实施例1
将一定量等摩尔比NaCl与KCl加入反应容器中，再加NaF(NaF占电解质总量20wt％)于300℃下真空脱水5h，然后在氩气气氛下升温至750℃使电解质熔化，将质量比为4:1的TiCl4和AlCl3从加料管缓慢放入熔盐中，TiCl4和AlCl3加入量按式(1)化学计量进行，而后以石墨棒为阳极，碳钢棒为阴极，控制电解电压为3.2V实施电解，电解结束后，将阴极产物转移至真空炉内，控制真空度<0.1Pa和温度为1100℃下蒸馏6h，冷却取出，采用ICP分析产物中的Ti和Al含量，分别为82.4wt％和16.6％，约1％杂质，主要为产品部分氧化及痕量的金属杂质元素等，与添加时的83.3wt％和16.7％接近，故获得该配比的钛铝合金。
实施例2
将一定量等摩尔比NaCl与CaCl2加入反应容器中，再加KF(KF占电解质总量30wt％)于300℃下真空脱水5h，然后在氦气气氛下升温至850℃使电解质熔化，将质量比为1:1的TiCl4和AlCl3从加料管缓慢放入熔盐中，TiCl4和AlCl3加入量按式(1)化学计量进行，而后以石墨棒为阳极，碳钢棒为阴极，控制电解电压为3.1V，阴极和阳极初始电流密度分别为0.2A/cm2和0.25A/cm2实施电解，电解结束后，将阴极产物转移至真空炉内，控制真空度<0.1Pa和温度为1300℃下蒸馏6h，冷却取出，采用ICP分析产物中的Ti和Al含量，分别为52.7％wt％和47.0％，约0.3％杂质，主要为产品部分氧化及痕量的金属杂质元素等，与添加时的56.0wt％和44.0％接近，故获得该配比的钛铝合金。
Claims (16)
1.制备钛铝合金的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、将TiCl4、AlCl3加入保护气氛下的熔融电解质中，反应生成碱金属氟钛酸盐和碱金属氟铝酸盐；其中，熔融电解质为碱金属氯化物或碱土金属氯化物中的至少一种与碱金属氟化物的混合物；
b、对步骤a所得的混合体系进行电解；
c、电解结束后，对阴极产物进行真空蒸馏，得到钛铝合金。
2.根据权利要求1所述的制备钛铝合金的方法，其特征在于：步骤a中，所述碱金属氯化物为LiCl、NaCl、KCl、RbCl或CsCl中至少一种；所述碱土金属氯化物为BeCl2、MgCl2、CaCl2、BaCl2或SrCl2中至少一种。
3.根据权利要求2所述的制备钛铝合金的方法，其特征在于：步骤a中，所述碱金属氯化物或碱土金属氯化物中的至少一种为NaCl-KCl、LiCl-KCl或CaCl2-NaCl任意一种。
4.根据权利要求1所述的制备钛铝合金的方法，其特征在于：步骤a中，所述碱金属氟化物为LiF、NaF、KF、RbF或CsF中至少一种。
5.根据权利要求4所述的制备钛铝合金的方法，其特征在于：步骤a中，所述碱金属氟化物为NaF或KF。
6.根据权利要求1～5任一项所述的制备钛铝合金的方法，其特征在于：步骤a中，所述碱金属氟化物的添加量为电解质的10～90wt％。
7.根据权利要求1～5任一项所述的制备钛铝合金的方法，其特征在于：步骤a中，所述碱金属氟化物的添加量为TiCl4和AlCl3中Ti和Al摩尔总和的6倍以上。
8.根据权利要求1所述的制备钛铝合金的方法，其特征在于：步骤a中，所述保护气氛为氩气、氦气或氖气中的任意一种。
9.根据权利要求8所述的制备钛铝合金的方法，其特征在于：步骤a中，所述保护气氛为氩气。
10.根据权利要求1所述的制备钛铝合金的方法，其特征在于：步骤b中，所述电解的阳极为石墨，阴极为导电金属。
11.根据权利要求10所述的制备钛铝合金的方法，其特征在于：步骤b中，所述导电金属为不与钛、铝合金化，且其熔点高于电解质熔点的材料。
12.根据权利要求11所述的制备钛铝合金的方法，其特征在于：步骤b中，所述导电金属为钛铝合金或碳钢。
13.根据权利要求1所述的制备钛铝合金的方法，其特征在于：步骤b中，电解温度高于电解质熔点。
14.根据权利要求13所述的制备钛铝合金的方法，其特征在于：步骤b中，高于电解质熔点50～200℃。
15.根据权利要求1所述的制备钛铝合金的方法，其特征在于：步骤b中，电解电压为3.1～3.2V。
16.根据权利要求1所述的制备钛铝合金的方法，其特征在于：步骤c中，所述蒸馏的温度需高于电解质中熔点最高物质熔点；所述真空蒸馏的真空度<0.1Pa；所述真空蒸馏终点为真空中持续稳定5h以上。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811157138.7A CN109023431B (zh) | 2018-09-30 | 2018-09-30 | 制备钛铝合金的方法 |
| EP19866952.5A EP3859052A4 (en) | 2018-09-30 | 2019-08-29 | Method for preparing titanium-aluminum alloy |
| PCT/CN2019/103335 WO2020063247A1 (zh) | 2018-09-30 | 2019-08-29 | 制备钛铝合金的方法 |
| US17/271,977 US20210340685A1 (en) | 2018-09-30 | 2019-08-29 | Method for preparing a titanium-aluminum alloy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811157138.7A CN109023431B (zh) | 2018-09-30 | 2018-09-30 | 制备钛铝合金的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109023431A CN109023431A (zh) | 2018-12-18 |
| CN109023431B true CN109023431B (zh) | 2020-05-12 |
Family
ID=64615826
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811157138.7A Active CN109023431B (zh) | 2018-09-30 | 2018-09-30 | 制备钛铝合金的方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20210340685A1 (zh) |
| EP (1) | EP3859052A4 (zh) |
| CN (1) | CN109023431B (zh) |
| WO (1) | WO2020063247A1 (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109023431B (zh) * | 2018-09-30 | 2020-05-12 | 成都先进金属材料产业技术研究院有限公司 | 制备钛铝合金的方法 |
| CN110079837B (zh) * | 2019-04-24 | 2020-10-13 | 北京科技大学 | 水溶性氟盐体系熔盐电解可溶性钛酸盐制备金属钛的方法 |
| CN113913882B (zh) * | 2021-11-12 | 2023-04-11 | 东北大学 | 以碳氧化钛为原料低温电沉积制备铝钛合金的方法 |
| CN114232034A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-03-25 | 朱鸿民 | 一种钛铝钒系合金粉末的多阳极电解制备方法及应用 |
| CN115011829B (zh) * | 2022-06-15 | 2023-06-02 | 北京科技大学广州新材料研究院 | 钛铝合金的制备方法、钛铝合金及其应用 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1063909A (zh) * | 1991-02-04 | 1992-08-26 | 中国科学院化工冶金研究所 | 熔盐电解法制取钛-铝合金粉 |
| CN1152631A (zh) * | 1995-12-19 | 1997-06-25 | 中国科学院化工冶金研究所 | Al-Ti合金电镀镀层及其制法 |
| CN1472366A (zh) * | 2003-07-09 | 2004-02-04 | 北京科技大学 | 一种稀土铝硅钛合金的生产方法 |
| CN1724716A (zh) * | 2005-07-14 | 2006-01-25 | 包头铝业股份有限公司 | 用铝电解槽生产铝钛合金的方法 |
| CN104060300A (zh) * | 2014-07-15 | 2014-09-24 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 钛铝钒合金粉末的制备方法 |
| CN104099643A (zh) * | 2014-07-29 | 2014-10-15 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 钛铝合金的制备方法 |
| CN107868964A (zh) * | 2017-11-20 | 2018-04-03 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 合金粉末的制备方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB756943A (en) * | 1952-06-24 | 1956-09-12 | Reynolds Metals Co | Process for electrolytic production of titanium |
| JPS61261494A (ja) * | 1985-05-13 | 1986-11-19 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Ａｌ−Ｔｉ−Ｍｎ合金の電析方法 |
| US5372681A (en) * | 1993-07-26 | 1994-12-13 | General Electric Company | Preparation of molten salt electrolytes containing divalent titanium |
| CN1037621C (zh) * | 1994-09-28 | 1998-03-04 | 郑州轻金属研究院 | 一种电解生产铝硅钛多元合金的方法及其制得的合金 |
| KR101519167B1 (ko) * | 2007-01-22 | 2015-05-11 | 머티리얼즈 앤드 일렉트로케미칼 리써치 코포레이션 | 인시츄 생성 티타늄 클로라이드의 금속열환원법 |
| CN101289754A (zh) * | 2008-06-04 | 2008-10-22 | 曹大力 | 制备金属钛及钛基合金的方法 |
| GB2527266A (en) * | 2014-02-21 | 2015-12-23 | Metalysis Ltd | Method of producing metal |
| CN104911376B (zh) * | 2015-07-17 | 2017-01-04 | 东北大学 | 两段铝热还原制取钛或钛铝合金并副产无钛冰晶石的方法 |
| CN105088283B (zh) * | 2015-09-29 | 2018-05-11 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 一种提取金属钛的方法 |
| CN109023431B (zh) * | 2018-09-30 | 2020-05-12 | 成都先进金属材料产业技术研究院有限公司 | 制备钛铝合金的方法 |
-
2018
- 2018-09-30 CN CN201811157138.7A patent/CN109023431B/zh active Active
-
2019
- 2019-08-29 WO PCT/CN2019/103335 patent/WO2020063247A1/zh active Application Filing
- 2019-08-29 US US17/271,977 patent/US20210340685A1/en active Pending
- 2019-08-29 EP EP19866952.5A patent/EP3859052A4/en active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1063909A (zh) * | 1991-02-04 | 1992-08-26 | 中国科学院化工冶金研究所 | 熔盐电解法制取钛-铝合金粉 |
| CN1152631A (zh) * | 1995-12-19 | 1997-06-25 | 中国科学院化工冶金研究所 | Al-Ti合金电镀镀层及其制法 |
| CN1472366A (zh) * | 2003-07-09 | 2004-02-04 | 北京科技大学 | 一种稀土铝硅钛合金的生产方法 |
| CN1724716A (zh) * | 2005-07-14 | 2006-01-25 | 包头铝业股份有限公司 | 用铝电解槽生产铝钛合金的方法 |
| CN104060300A (zh) * | 2014-07-15 | 2014-09-24 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 钛铝钒合金粉末的制备方法 |
| CN104099643A (zh) * | 2014-07-29 | 2014-10-15 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 钛铝合金的制备方法 |
| CN107868964A (zh) * | 2017-11-20 | 2018-04-03 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 合金粉末的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2020063247A1 (zh) | 2020-04-02 |
| CN109023431A (zh) | 2018-12-18 |
| US20210340685A1 (en) | 2021-11-04 |
| EP3859052A1 (en) | 2021-08-04 |
| EP3859052A4 (en) | 2022-06-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109023431B (zh) | 制备钛铝合金的方法 | |
| US10081874B2 (en) | Method for electrowinning titanium from titanium-containing soluble anode molten salt | |
| CN101289754A (zh) | 制备金属钛及钛基合金的方法 | |
| CN104451783A (zh) | 一种难熔金属含氧酸盐直接电解制备金属的方法 | |
| US9611151B2 (en) | Electrolyte supplement system in aluminium electrolysis process and method for preparing the same | |
| CN102108529B (zh) | 一种熔盐电解制备铝钆钐合金的方法 | |
| Thudum et al. | Molten salt electrolysis of neodymium: electrolyte selection and deposition mechanism | |
| CN105714332A (zh) | 一种熔盐电沉积钒的方法 | |
| CN105543516A (zh) | 熔盐介质中铝热还原二氧化钛制备铝钛母合金的方法 | |
| CN107587168A (zh) | 熔盐电解制备金属钛的方法 | |
| CN109797318B (zh) | 一种制备Al3Ti增强铝基材料的方法 | |
| CN113860362B (zh) | 一种电化学制备除钒试剂及其四氯化钛除钒方法 | |
| CN113463135B (zh) | 一种氟化物熔盐中二氧化钛溶解-电解制备金属钛的方法 | |
| Yamanaka et al. | Electrochemical behavior of Ti in molten fluoride-oxide system | |
| CN105803490B (zh) | 一种用于铝电解的电解质组合物 | |
| CN113279022B (zh) | 一种还原性熔盐介质及其制备方法 | |
| CN102912382B (zh) | 一种在氟氯化物熔盐体系中电解制备铝-镁合金的方法 | |
| CN102181884A (zh) | 一种制备不同相组成的铝锂-钆合金的方法 | |
| CN102936672A (zh) | 一种用于轧机的轧辊材料及其制备方法 | |
| Chen et al. | Electrochemical behavior of Zr (IV) and co-reduction synthesis of Al-Zr alloys in KF-AlF3-Al2O3-ZrO2 molten salt | |
| CN107630234B (zh) | 一种利用氯盐氧化物体系熔盐电解制备铝钪中间合金的方法 | |
| RU2772882C1 (ru) | Способ получения титано-алюминиевого сплава | |
| CN103132108B (zh) | 熔盐体系中电解制备耐热镁铝钕合金的方法 | |
| CN108456897B (zh) | 用于电解制备含铝合金的铝源、制备方法及使用其制备含铝合金的方法 | |
| CN115710731A (zh) | 一种利用电解分离铝钛合金制取金属钛的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 610306 Chengdu City, Chengdu, Sichuan, China (Sichuan) free trade test zone, Chengdu City, Qingbaijiang District, xiangdao Boulevard, Chengxiang Town, No. 1509 (room 13, A District, railway port mansion), room 1319 Patentee after: Chengdu advanced metal material industry technology Research Institute Co.,Ltd. Address before: 610306 Chengdu City, Chengdu, Sichuan, China (Sichuan) free trade test zone, Chengdu City, Qingbaijiang District, xiangdao Boulevard, Chengxiang Town, No. 1509 (room 13, A District, railway port mansion), room 1319 Patentee before: CHENGDU ADVANCED METAL MATERIAL INDUSTRIAL TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |